循环温度疲劳作用下粘接界面损伤的非线性超声评价

材料损伤以及性能退化与超声波的非线性效应密切相关.为研究循环温度疲劳作用下粘接界面的损伤情况,本文采用超声波透射法,研究了6061型铝合金/改性丙烯酸酯胶粘接界面的声学非线性系数随高温、低温循环次数的变化情况.结果表明,在高温循环疲劳作用的初始阶段,试件的非线性系数变化不明显,但随着高温循环次数的不断增加,非线性系数随循环次数的变化十分明显;对于低温循环疲劳作用的初始阶段,试件的非线性系数迅速增大,随着循环次数的增加,其值增速减缓.在低温循环疲劳寿命的后期,试件的非线性系数随循环次数的增加而继续增大.进一步的讨论结果表明,胶层三阶弹性常数的变化是造成高温循环疲劳时非线性系数变化的主要原因,而对于低温循环疲劳,粘接界面拉伸刚度的变化是引起非线性系数变化的主要原因.     

金属材料疲劳损伤检测的非线性声学方法*

金属材料的疲劳损伤有前期、后期两个阶段,前期疲劳损伤主要来源于位错,而随着疲劳程度的不断加深,位错密度也不断的增加,这将导致疲劳后期微裂纹的产生。这两个阶段产生声学非线性效应的机理不同,分别用位错模型、微裂纹模型对其产生非线性效应的机理进行了阐述,并对不同阶段的疲劳试样进行了相关实验研究。实验结果表明:对于材料早期疲劳损伤,随着疲劳程度的增加,其接收声波信号中的非线性谐波成分越来越显著,并且随着激励电压的增加,非线性效应更加明显,因此可用接收信号中的谐波激发情况来评估材料的早期疲劳损伤程度。而对于材料疲劳后期出现微裂纹后,其产生的非线性与早期疲劳损伤相比,谐波成分更加丰富,并且随激励电压的增加谐波幅度增加明显,可据此来判断材料中的疲劳损伤阶段。     

无损评价固体板材疲劳损伤的非线性超声兰姆波方法

从理论上分析了采用非线性超声兰姆波方法准确评价固体板材疲劳损伤的可行性.对于未承受周期性载荷作用的航空铝板,采用已建立的超声兰姆波实验系统测量了在其中传播的超声兰姆波的基波和二次谐波的幅频曲线,并对所测得结果给予了合理的物理解释.对两块给定的航空铝板试件施加拉-拉疲劳载荷作用,在超声兰姆波具有强烈非线性效应的条件下,对于不同的载荷循环次数,分别对两试件中超声兰姆波的基波和二次谐波的幅频曲线进行了测量.结果表明,在板材疲劳损伤的初期,超声兰姆波基波的应力波因子随循环次数的改变并不明显,且与循环次数的对应关系也不确定;然而,在周期性载荷作用的最初阶段,超声兰姆波二次谐波的应力波因子随循环次数的变化非常显著,并表现出明显的单调对应关系,表明超声兰姆波的非线性效应及相应的超声兰姆波二次谐波的应力波因子,可望能为固体板材早期疲劳损伤的准确评价提供一条有效途径.     

非线性电磁超声对铝合金拉伸变形评价研究

非线性系数是描述材料中微纳尺度损伤的特征参量,非线性系数常通过接触式压电超声进行检测,但耦合剂引起的非线性一般是未知的,针对这一问题,提出了一种非接触式电磁超声非线性纵波检测方法。该方法基于洛伦兹力机理在试件表面产生的振动弹性波,利用不同拉伸载荷下所制备的损伤试件,分别利用压电超声、电磁超声进行非线性超声系数测量。实验结果表明:利用两种非线性超声检测的相对非线性系数与铝合金的拉伸形变呈单调关系,同时也论证了电磁超声纵波基于非线性理论对塑性变形评估的可行性。      

无缝钢轨中温度对应力非线性超声检测的影响

研究了温度与应力共同作用下的非线性超声响应规律。构建了纵波在无缝钢轨内传播的数学模型,将传统原子间势能引入非线性波动方程,得到了无缝钢轨在自由状态及受约束状态两种情况下超声非线性系数随温度变化的函数关系。在理论分析的基础上,进行了无缝钢轨受约束时内部温度应力变化的实物模拟实验,获得的非线性系数变化趋势与理论预期相一致。研究结果表明:温度和应力都对固体介质非线性影响明显,介质非线性系数随着温度的升高而增大,随着内部压应力的增加而减小。因此,当利用非线性系数检测钢轨纵向应力时,需要对温度的影响进行补偿。      

多元高斯声束衍射修正下液体非线性系数检测方法

有效检测材料的非线性系数β是非线性超声评价材料力学性能及早期疲劳损伤等的前提和关键,针对当前的有限幅值法仅适用于有限孔径探头近场测量的现状,本论文研究了一种不受检测距离影响的测量方法。为抑制实际检测过程中声能的损失和声场扩散对测量结果的影响,对基波和二次谐波检测值进行衍射和衰减修正,其中利用多元高斯声束精确计算二次谐波衍射系数,在此基础上计算非线性系数β以消除其与理想的平面波推导结果间的差异,提高不同距离下测量值的精度。针对水的非线性系数β进行了仿真分析和实验验证,结果均显示本文方法相比于传统有限幅值法具有明显的精度优势,且表明该方法测量材料的β不受检测距离的影响,为放宽非线性超声检测的应用条件提供了理论依据。      

镁合金疲劳早期非线性超声在线检测实验研究

材料力学性能早期退化在微观结构上表现为位错和晶带滑移等缺陷的变化,在超声波检测中表现为高次谐波的产生.发展了一套在材料疲劳实验机上直接在线测量超声非线性系数的实验系统,在相同条件下测量了同一试件在不同输入电压下的二次谐波和基波幅度,二次谐波幅度和基波幅度平方的线性相关系数r=0.9996,表明实验系统是可靠的.同时利用该系统进行了三组不同加载应力的镁合金试件疲劳在线非线性超声检测实验.实验结果表明,在疲劳寿命的55％之前,超声非线性系数对疲劳加载周数具有很高的灵敏度.因此,利用超声非线性系数可以很好地表征镁合金的疲劳早期退化.另外在中低周疲劳范围内,加载应力的大小以及拉-拉和拉-压疲劳模式的变化对实验结果没有明显的影响.     

金属板疲劳损伤非线性兰姆波混频检测

针对金属板结构安全运行需要,开展了金属板结构疲劳损伤非线性兰姆波混频检测方法研究.通过数值仿真,研究了两列A0兰姆波与材料损伤间的非线性相互作用.结果 表明,两列共线A0兰姆波在结构材料损伤处产生单向传播的和频S0波,且和频波幅值随传播距离具有积累增长效应.对不同疲劳程度金属板试件进行了共线混频兰姆波检测实验,结果表明...     

基于幅度调制的非线性超声相控阵成像方法*

超声相控阵是超声检测领域常用的材料缺陷定位和成像技术,可便捷快速地对裂纹、孔洞等缺陷进行成像。但是,传统超声相控阵方法对较小缺陷如闭合裂纹不太敏感。非线性超声信号因对材料性能退化以及微小缺陷敏感而广受关注。本文针对疲劳闭合裂纹检测,提出一种基于幅度调制的非线性超声相控阵成像方法,通过测量物理聚焦和虚拟聚焦两种聚焦模式下超声扩散场中的声能差,并将其作为非线性参量,实现疲劳裂纹闭合部分的定位成像和定量表征。将该法应用于7075铝合金试样疲劳裂纹的实验测量,并研究了扩散场信号延迟时间对非线性超声相控阵成像结果的影响。结果表明：相较于传统超声相控阵全聚焦法,基于幅度调制的非线性超声相控阵成像方法能够更准确地定位和成像疲劳裂纹闭合部分;延迟时间的选择对疲劳裂纹长度的表征精度影响较大,本文研究了该延迟时间的选择方法并实现了检测结果的优化。     

弹簧螺旋摆系统非线性振动的理论研究

运用牛顿第二运动定律对弹簧螺旋摆系统建立了模型方程,该方程为一组非线性微分方程,表明该系统具有复杂的非线性特征.理论分析表明,当系统固有的振动频率和摆动频率之比为2时,自由振动的弹簧螺旋摆系统存在内共振现象,数值求解结果证实了这一结论.并认为在一般情况下,弹簧螺旋摆系统的自由振动可能是准周期的.     

嵌入式超声传感器的混凝土损伤非线性检测研究*

对建筑结构在其生命周期中的损伤状态进行实时监测十分重要,借助埋在混凝土构件内部的压电传感器对结构进行无损检测是一种新型的检测手段。本文将压电传感器嵌入混凝土试件内部,通过超声二次谐波法对信号进行分析处理得到表征材料损伤的非线性参数,以此来监测混凝土的早期强度并对混凝土试件受压和钢筋混凝土梁受弯的不同损伤程度进行检测。结果证明,非线性参数可以反映混凝土养护过程的强度增长情况,也可以表征不同损伤形式下试件的损伤程度。     

微小层片型缺陷的超声非线性区域检测技术*

针对微小层片型缺陷的超声检测效率低、检测能力弱、易受主客观因素干扰的问题,提出弹簧扁钢中微小层片型缺陷的非线性超声区域检测技术。首先,优化探头夹持装置并提出区域检测方法,提取稳定可靠的检测信号;其次,提出相对非线性系数均值及波动系数表征缺陷分布;最后,基于斯皮尔曼次序相关系数分析扁钢各类缺陷与非线性超声系数均值的相关性。研究结果显示:两种非线性超声特征参数中的波动系数具有更高的缺陷敏感度,可表征扁钢中缺陷分布;波动系数与扁钢中微小层片型缺陷的相关系数比与体积型缺陷的相关性系数大得多,特别适用于微小层片型缺陷的检测。     

岩石等非线性介观弹性固体材料的谐波特性的超声研究

岩石、混凝土等非线性介观弹性固体材料显示出与经典的非线性声学不同的非经典非线性声学现象,比如滞后现象、离散记忆等.本文实验研究了超声波在岩石材料中产生的基波、二次、三次谐波随声源幅度的依赖关系,研究了岩石的超声衰减,与金属材料的进行了对比;并且将浸水后的混凝土与浸水前的混凝土的超声谐波特性进行了对比,对此实验现象作出了定性的解释.此研究有利于岩石等非线性介观弹性固体材料的无损检测的研究.     

全国功率超声会议在无锡召开

１９９９年全国功率超声会议于１９９９年１０月１９日至２１日在江苏省无锡市召开．本次会议是近几年会议中规模较大的一次,全国近４０个单位、团体的约６０名代表出席了会议．会议开得较活泼．除论文报告交流外,会议组织了专题讨论会。会议期间,功率超声分会召开了全体委员会会议,有 ８０％以上的委员出席了会议．中国声学学会名誉理事长、中国科学院资深院士应崇福先生专程出席了本次会议。 功率超声是超声学的一大分支,功率超声技术是一项应用广泛的高新技术。当前,功率超声的应用领域已经扩展和渗透到机械、材料、石油、化工、纺…     

实用NbTi/Cu超导股线、绞线拉伸及疲劳性能研究

对NbTi/Cu超导股线、绞线开展了一系列常温力学特性实验研究,包括准静态加卸载、芯丝裂纹扩展及轴向疲劳。实验发现:超导股线加载过程具有明显的阶段性,经过初始加卸载循环"锻炼"后,残余应变不随卸载应力增加而增加;疲劳前期芯丝内部无裂纹,疲劳后期裂纹呈指数型增长直至最终破坏;绞线杨氏模量、疲劳寿命均与扭转节距有关。疲劳过程中,采用循环周期内耗散能定性评估材料内部损伤程度。     

超声激发声信号幅值实时监测HIFU焦域组织损伤*

聚焦超声消融肿瘤过程中的损伤实时监测是临床治疗面临的一个关键难题,双频聚焦超声不仅能提高治疗效率,且能在共焦区域激发出声信号,该声信号的幅值、频率等信息与焦域组织的机械和声学特性紧密相关。本文构建了一种双频聚焦超声治疗及组织损伤实时监测系统。该系统在聚焦超声辐照离体组织过程中,通过外部水听器接收双频激发的组织声发射信号,并通过上位机进行高速数据采集、数字滤波、时频处理等,分析声发射信号幅值与离体组织损伤之间的变化规律。实验研究结果表明：随着焦域组织损伤的形成,其弹性等声学特征发生改变,导致声发射信号幅值逐渐降低,表明声发射信号幅值的变化可较好地反映靶组织声学特征和结构的变化,从而实现聚焦超声治疗中靶组织损伤的实时监测。本文提出的监测方案相比传统超声影像监控更灵敏,有望为聚焦超声临床治疗中的组织损伤监控提供一种新的实时监测方案和手段。     

高速列车车体疲劳试验压力加载控制仿真研究

高速列车在隧道通过或明线交会时,列车表面会产生较大的气压波动,此压力波动通过车体传递到车内也会影响车内压力波动,加之运行速度的不断提高,可引起车体表面材料疲劳甚至断裂。为研究高速列车在复杂工况下车内、外压力波动对车体材料疲劳性能的影响,设计了一种能同时对车内及车外进行压力加载的试验系统。利用AMESIM与SIMULINK接口技术进行联合仿真平台的构建,并进行车内、外压力控制仿真。针对系统数学模型难以建立,且存在大容量、大时滞、非线性及多扰动等特点,采用基于前馈补偿的高阶非因果型迭代PI型控制算法实现车内及车外压力的精确控制。仿真结果表明该算法控制误差较PI型控制算法小,控制效果更理想。     

一种新型声学超材料平板对机械波吸收性能的模拟与实验研究

基于质量-弹簧微结构通过光学振动模式对机械波进行选择性吸收的原理, 本文设计了一个由集中质量与弹性薄膜构成的二维声学超材料等效平板结构. 利用有限元法对等效平板代表性胞元的振动特性模拟结果表明, 二维超材料平板结构表现出与质量-弹簧微结构相同的振动模式. 基于模拟结果, 制作加工了一个正方形超材料平板, 并通过Polytec扫描式激光测振仪(PSV)对其振动特性进行了试验测试, 结果表明, 本文设计制作的超材料平板可以对频率157.5 Hz的机械波进行选择吸收.     

超声非线性效应表征的动态小波指纹分析方法

针对结构早期损伤超声非线性检测中损伤表征问题,发展了一种基于动态小波指纹的超声信号分析方法,从超声信号的动态小波指纹分布中提取出一种可用于结构早期损伤表征的超声非线性特征参数。研究了小波基函数及分析尺度对超声非线性效应提取效果的影响,优选出对结构早期损伤敏感的小波基函数以及尺度范围。将提出的动态小波指纹分析方法应用于二次谐波及混频非线性超声检测信号分析,结果表明,动态小波指纹分析方法可有效提取出检测信号中的二次谐波及混频分量,基于小波指纹分布的非线性特征参数可用于板结构中微裂纹的定量表征.本文研究工作为结构早期损伤超声非线性检测中的弱非线性效应提取作了有益探索。      

非线性声波方程二次谐波高阶近似解及实验验证

非线性声波方程的传统二次谐波二阶近似解不够精确,对测量材料的非线性系数造成较大误差。利用摄动法展开非线性声波方程得到一系列非齐次偏微分方程,根据低阶解的性质拟定高阶特解的形式,通过符号计算求出高次谐波特解,对所有二次谐波成分求和最终获得二次谐波的高阶近似解。在水中开展非线性声学实验验证高阶近似解,结果表明:二次谐波相对幅度随传播距离和输入信号均呈现先增加后减小的趋势,高阶近似解即使在传播距离不太短和输入信号不太弱的宽泛条件下也能更好地吻合实验结果。得到的高阶近似解不仅弥补了现有二次谐波幅度理论公式的不足,进行非线性声学实验时还可扩展测量范围,充分利用实验数据也能提高非线性系数的测量精度。